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57煤电机组灵活性改造典型方案经济性分析研究http:/ 技术经济 第4期 DOI：10.13500/j.dlkcsj.issn1671-9913.2023.04.011*收稿日期：2023-01-15 第一作者简介：张延伍(1994)，男，硕士，经济师，从事技术经济、工程评价工作。煤电机组灵活性改造典型方案经济性分析研究张延伍，史纯子，毛大成，马 云(中国能源建设集团江苏省电力设计院有限公司，江苏 南京 210000)摘要：近年来，水电、风电和太阳能发电的装机规模增长迅速，随之而来的新能源消纳问题也变的严峻。提升电力系统灵活性，进行煤电的灵活性改造是提升新能源消纳能力的有利措施。本文介绍三种典型火电灵活性改造技术路径：机组技术改造、熔盐储能技术以及电极蒸汽锅炉方案，并梳理江苏省电力市场的相关政策，在此基础上进行三种方案的技术经济分析。结果表明，三种方案都具有一定的经济效益，其中电极锅炉方案效益最优，机组技术改造经济效益次之，熔盐储能方案效益弱于前两种方案，并介绍不同方案的优缺点。关键词：火电灵活性改造；调峰调频；经济性分析中图分类号：TM-9 文献标志码：A 文章编号：1671-9913(2023)04-57-07Economic Analysis of Typical Schemes for Flexibility Transformation of Coal Fired Power GenerationZHANG Yanwu,SHI Chunzi,MAO Dacheng,MA Yun(China Energy Engineering Group Jiangsu Power Design Institute Co.,Ltd.,Nanjing 210000,China)Abstract:In recent years,the installed capacity of hydropower,wind power and solar power has grown rapidly,and the problem of new energy consumption has become serious.Improving the flexibility of the power system and reforming the flexibility of coal power are favorable measures to improve the new energy consumption capacity.This paper introduces three typical technical paths of thermal power flexibility transformation:unit technical transformation,molten salt energy storage technology and electrode steam boiler,combs the relevant policies of Jiangsu electric power auxiliary service market,and conducts technical and economic analysis of the three schemes on this basis.The results show that the three schemes have certain economic benefits,among which the electrode boiler scheme has the best benefit,the unit technical transformation takes the second place,and the molten salt energy storage scheme is weaker than the first two schemes.The advantages and disadvantages of different schemes are also introduced.Keywords:thermal power flexibility transformation;peak regulation and frequency modulation;economic analysis0 引言近年来新能源发电发展迅速，截至 2021 年 12 月底，江苏省发电装机容量 15 420.45 万 kW，其中新能源装机容量 4 429.50 万 kW，占总装机容量的 28.72%；风电装机容量 2 234.33 万 kW，占总装机容量的 14.49%；太阳能发电装机容量58http:/电 力 勘 测 设 计第4期1 915.95 万 kW，占总装机容量的 12.42%；垃圾发电装机容量 190.97 万 kW，占总装机容量的1.24%；生物质发电装机容量 88.25 万 kW，占总装机容量的 0.57%，如图 1 所示。新能源持续快速发展的同时，部分地区出现了弃用问题。对煤电机组进行灵活性改造，将有效地提高机组调节能力，促进新能源消纳。?/?kW77.69%9.65%0.44%0.96%11.26%?图1 江苏省发电装机情况1 煤电灵活性改造典型方案介绍1.1 机组技术改造汽机方面，通过采用全新设计、先进的通流改造技术、提高主再热蒸汽参数、优化末级叶片长度等各种技术手段，达到提高汽轮机通流效率、降低机组热耗、增加机组出力、节能减排的目的1。目前，国内主机厂的通流改造技术成熟、应用广泛、安全可靠、通流改造经验丰富。锅炉方面，包括对锅炉燃烧系统的改造、污染物达标排放以及低负荷运行优化。主要通过对锅炉燃烧器、省煤器及有关附件等进行配套性改造，能够达到降低排烟温度、提高锅炉运行效率以及节能减排的目的2。1.2 熔盐储能技术熔盐储能主要技术原理是应用熔融盐等介质自带的热稳定性、高比热容、化学稳定性良好、低饱和蒸汽压的优势，将热量存储起来4。这些热量可以产生高参数的蒸汽，并重新用来发电或供热。2013 年 8 月，我国首座高温熔融盐储能系统建成，随着技术的进步和应用范围的扩大，目前熔盐储热技术己被大量应用到了多种工业领域。主要包括电气发配电及控制系统、熔盐电加热系统、高低温熔盐储罐系统、换热器等，如图 2 所示。?图2 熔盐储能工艺系统图1.3 电极蒸汽锅炉电极式锅炉技术使用电极直接在锅炉内放电发热从而产生蒸汽，把电能转化为热能，此技术具有结构简单，启动迅速等特点。包括：电极蒸汽锅炉本体、进线、给水泵、内循环泵、加药泵、排污扩容器、控制柜等，如图 3 所示。图3 电极蒸汽锅炉模型图当电极蒸汽锅炉开启时，电量转换成饱和蒸汽热量，并在饱和蒸汽出口加装电加热过热器将饱和蒸汽加热成过热蒸汽，满足末端蒸汽供应需求。2 江苏省相关政策近几年江苏省电力市场的相关政策见表 1所列。59煤电机组灵活性改造典型方案经济性分析研究http:/ 技术经济 第4期 表1 江苏省电力市场的相关政策发布时间发布部门文件主要内容2018年11月29日江苏能源监管办公室江苏省工信厅江苏电力辅助服务(调峰)市场建设工作方案江苏电力辅助服务(调峰)市场交易规则的通知明确：江苏电力辅助服务(调峰)市场拟于2018年12月开展模拟运行，2019年1季度启动试运行2019年2月1日江苏能源监管办公室关于做好辅助服务(调峰)市场试运行有关工作的通知深度调峰中标机组第一档报价负荷率暂定为不高于机组额定容量的40%，深度调峰报价的最高限价暂定为 600元/MWh2020年7月江苏能源监管办公室江苏省发改委江苏电力辅助服务(调频)市场交易规则(试行)辅助调频作为一种有偿服务首次被市场化2020年12月14日江苏省发改委江苏电力现货市场建设方案(征求意见稿)江苏电力现货市场建设将分为两个阶段，第一阶段为 2021年-2023年，现货市场初步建立阶段，建立与现货电能量市场相衔接的辅助服务市场，包括调频辅助服务市场、备用辅助服务市场等。第二阶段为2024年以后，现货市场完善提升阶段，不断丰富辅助服务市场交易品种，实现现货电能量市场与辅助服务市场联合优化运行，促进辅助服务市场与电能量市场深度融合2021年9月28日江苏省发改委省发展改革委关于我省2021年光伏发电项目市场化并网有关事项的通知文件中关于灵活性改造调峰能力认定为：“(4)30万千瓦级、60万千瓦及以上煤电机组调峰能力分别按照容量的35%、30%作为基准值，长江以北煤电机组按照低于基准值部分乘以0.5认定为新增调峰能力，长江以南煤电机组按照低于基准值部分乘以0.4认定为新增调峰能力。”3 灵活性改造方案经济性分析本文选取 600 MW 机组作为研究对象，确定具有代表性的三种火电灵活性改造技术路径：机组技术改造、熔盐储能技术(250 MW)以及新增电极蒸汽锅炉方案(250 MW)，进行方案的经济性分析。3.1 收益分析3.1.1 调峰收益依据江苏能源监管办公室发布的关于做好辅助服务(调峰)市场试运行有关工作的通知，结合江苏电网提供的调峰相关补偿信息，具体如下：在调峰服务单价方面，江苏省 2021 年平均单位电量收益约 500 元/MWh，第三档深调价格比平均数要高，目前报价上限为 1 000 元/MWh，见表 2 所列。通过灵活性改造提高机组深度调峰能力，达到补偿标准第三档及以下将对盈利能力起到重大作用。考虑到后期随着具备 30%以下调峰能力机组增多，该价格有下行风险，目前东北电力辅助市场的实际运行情况也验证了这种风险的存在，东北市场在机组灵活性改造普遍实施后，目前的调峰单价已实际在按0.6 0.8 的折扣率执行。结合东北的调峰市场的运行经验，本次调峰辅助服务补偿单价相对保守的取了 0.7 元/kWh5。第三档机组负荷小 30%以下考虑为灵活性改造后新增的调峰能力，根据目前省内调峰情况，年调峰时长暂按 250 h 核算。第三档调峰电量为 25 000 MWh。表2 深度调峰辅助服务收入计算档位有偿调峰机组 负荷率区间调峰补贴/(元/kWh)调峰容量/MW调峰电量/万kWh调峰收益/万元第一档50%机组负荷率35%0.40左右第二档35%机组负荷率30%0.80左右第三档30%机组负荷率0.71002 5001 750合计1 750调峰收益=(每档调峰电量 每档补偿价格)=1 750 万元。三种方案均可获得每年约 1 750 万元的调峰收益。3.1.2 供热收益熔盐储能和电极锅炉方案，其深度调峰的电量可以用来产生供热收益具体见表 3 所列。60http:/电 力 勘 测 设 计第4期表3 供热收益情况名称电极锅炉熔盐储能功率/MW100100供热量/(t/a)250300深度调峰时长/(h/a)250250蒸汽价格/(元/t)250250蒸汽收益/(万元/a)6257503.1.3 调频收益根据江苏电力辅助服务(调频)市场交易规则(试行)，按照文件中机组调用补偿费用公式：FiD=Di Ki p Biagc(1)式中：FiD为机组 i 的调用补偿费用；Di为机组 i的有效调频里程；Ki p为机组 i 当天的综合调节性能指标；Biagc为机组 i 的调频辅助服务市场出清价格。60万千瓦级机组每天的调频里程在2万MW 左右(保守估计)，机组的调频辅助服务市场出清价格按照现阶段保守价格估计(0.1元/MW)6。表 4 为 600 MW 级机组调频日收益核算表。表4 60万千瓦级机组调频日收益核算表Di/(万MW/d)Biagc/(元/MW)Ki pFiD/(万元/d)2.00.181.62.00.1102.02.00.1122.42.00.1142.82.00.1163.22.00.1183.62.00.1204.0由表 4 可知 Kp值 8 为某 60 万机组电厂投运电化学储能后，由于电化学储能的限制，实际测得的机组 Kp值。熔融盐储能